JP4453610B2 - 画像処理装置及びその方法 - Google Patents

Description

本発明は、原画像データを階調補正する画像処理装置及びその方法に関する。

例えば、逆光で撮影された画像や雪山で人物を撮影した画像では、人物の顔は暗く、また、背景の空や雪の色は白っぽく撮影され、且つ、人物と背景とは共にコントラスト感がない画像となるが、このようなときに、前記画像に一律に濃度補正やコントラスト補正等の階調補正を施すと、人物または背景の何れかの画像における画質が更に損なわれるという問題があった。このため、従来より、画像領域を明るい領域と暗い領域とに領域分離し、夫々の領域に応じた階調補正を施すことが提案されていた。
特開２０００−１２５１３０号公報

しかし、従来技術においても、撮影光量が過度に不足した撮影画像や、極端に過度な逆光シーンにおける画像、空や雪山の面積が大きい画像等、画素データの殆どが明るい階調側に極端に偏っているような画像に対して階調補正を実施した場合には、画像のコントラストが低くなってしまい、満足のできる画像を得ることができず、一層の改善の余地があった。

本発明は、上述した従来の問題点に鑑み、画素データの殆どが明るい階調側に極端に偏っているような画像に対しても良好な階調補正を実施することが可能な画像処理装置及びその方法を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明による画像処理装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、原画像データを階調補正する画像処理装置であって、所定の濃度補正値を指数とする指数関数に基づいて、原画像データの階調幅を所定の階調幅に拡張する基準階調補正曲線を設定する基準階調補正曲線設定手段と、前記原画像データの階調ヒストグラムが所定度数閾値より大きい階調領域の階調幅を前記所定の階調幅に拡張する拡張率を指数とする指数関数に基づいて、当該所定度数閾値より大きい階調領域の階調幅を前記所定の階調幅に拡張する階調評価曲線を設定する階調評価曲線設定手段と、前記階調評価曲線と前記基準階調補正曲線とが交差するときに、前記階調評価曲線のハイライト側終端位置を通過して前記基準階調補正曲線に接する特定接線と前記基準階調補正曲線とが接する基準入力階調値よりも明るい入力階調値領域で前記基準階調補正曲線よりも明るい出力階調値特性となるように前記特定接線と前記基準階調補正曲線との間を一定比率の位置で通過する融合曲線となる実行階調補正曲線を生成する実行階調補正曲線生成手段と、前記実行階調補正曲線に基づいて前記原画像データを階調補正する階調補正手段とを備えている点にある。

上述の構成によれば、例えば、撮影光が過度に不足した撮影画像や、極端に過度な逆光シーンにおける画像、空や雪山の面積が大きい画像等のように、原画像データの階調ヒストグラムが明るい階調側に偏っているときに、前記基準階調補正曲線に前記階調評価曲線が交差するようになる。このような場合に、実行階調補正曲線生成手段により生成される実行階調補正曲線が、所定基準入力階調値よりも明るい入力階調値領域で、実行階調補正曲線の連続性を損なうことなく、基準階調補正曲線よりも明るい出力階調値特性となるため、所定基準入力階調値よりも明るい入力階調値となっている画像領域、つまり、空や雪山の面積が大きい画像等における空や雪山の領域のコントラストを一層高くするように階調補正することが可能となるのである。つまり、原画像データにおける画素データの殆どが明るい階調側に極端に偏っているような画像に対しても良好な階調補正を実施する画像処理装置とすることができるのである。

同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記実行階調補正曲線生成手段は、前記基準入力階調値よりも明るい入力階調値領域で前記基準階調補正曲線よりも明るい出力階調値特性となるように前記特定接線と前記基準階調補正曲線との平均曲線となる実行階調補正曲線を生成する点にある。

上述の構成によれば、融合曲線が、特定接線と基準階調補正曲線との平均曲線として生成されるため、基準入力階調値よりも明るい階調値となっている画像領域のコントラストをバランスよく高くするように階調補正することが可能となるのである。

同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記実行階調補正曲線生成手段は、前記階調評価曲線と前記基準階調補正曲線とが交差するときに、前記基準入力階調値よりも暗い入力階調値領域で前記基準階調補正曲線と等しい曲線となるように前記実行階調補正曲線を生成し、前記階調評価曲線と前記基準階調補正曲線とが交差しないときに、前記基準階調補正曲線を前記実行階調補正曲線として生成する点にある。

上述の構成によれば、前記階調評価曲線と前記基準階調補正曲線とが交差するときに、基準入力階調値よりも暗い入力階調値領域で、実行階調補正曲線が前記基準階調補正曲線と等しい曲線となるので、基準入力階調値よりも暗い入力階調値領域では適正なコントラストが維持できる。また、前記階調評価曲線と前記基準階調補正曲線とが交差しないときには、原画像データの階調ヒストグラムが明るい階調側に偏った状態ではないため、基準階調補正曲線により適正に階調補正される。

同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記基準階調補正曲線設定手段は、前記所定の濃度補正値を指数とする指数関数に基づいて、原画像データの階調幅を所定の階調幅に拡張するとともに、前記原画像データを所定の階調閾値でハイライト領域とシャドウ領域に領域分離し、前記濃度補正値を変数とし、前記濃度補正値の設定範囲で最大値を有する上に凸なる所定の二次関数に基づいて算出した第一のコントラスト補正値によりハイライト領域のコントラストを補正し、前記濃度補正値を変数とし、前記濃度補正値の設定範囲で最小値を有する下に凸なる所定の二次関数に基づいて算出した第二のコントラスト補正値によりシャドウ領域のコントラストを補正する基準階調補正曲線を設定する点にある。

上述の構成によれば、原画像データの階調幅が所定の階調幅に拡張され、且つ、濃度補正値に基づいて、所定の階調閾値より高いハイライト領域と、所定の階調閾値より低いシャドウ領域のそれぞれで、良好なコントラストが得られるようになる。

上述の目的を達成するため、本発明による画像処理方法の第一の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、原画像データを階調補正する画像処理方法であって、所定の濃度補正値を指数とする指数関数に基づいて、原画像データの階調幅を所定の階調幅に拡張する基準階調補正曲線を設定する基準階調補正曲線設定ステップと、前記原画像データの階調ヒストグラムが所定度数閾値より大きい階調領域の階調幅を前記所定の階調幅に拡張する拡張率を指数とする指数関数に基づいて、当該所定度数閾値より大きい階調領域の階調幅を前記所定の階調幅に拡張する階調評価曲線を設定する階調評価曲線設定ステップと、前記階調評価曲線と前記基準階調補正曲線とが交差するときに、前記階調評価曲線のハイライト側終端位置を通過して前記基準階調補正曲線に接する特定接線と前記基準階調補正曲線とが接する基準入力階調値よりも明るい入力階調値領域で前記基準階調補正曲線よりも明るい出力階調値特性となるように前記特定接線と前記基準階調補正曲線との間を一定比率の位置で通過する融合曲線となる実行階調補正曲線を生成する実行階調補正曲線生成ステップと、前記実行階調補正曲線に基づいて前記原画像データを階調補正する階調補正ステップとを備えている点にある。

以上説明した通り、本発明によれば、画素データの殆どが明るい階調側に極端に偏っているような画像に対しても良好な階調補正を実施することが可能な画像処理装置及びその方法を提供することができるようになった。

以下に本発明による画像処理装置が組み込まれた写真画像処理装置の実施の形態を説明する。図２に示すように、写真画像処理装置１は、印画紙Ｐに対して出力画像データに基づいた露光処理を行ない露光された印画紙を現像処理する写真プリンタ２と、現像済みの写真フィルムＦから画像を読み込むフィルムスキャナ３１やデジタルスチルカメラ等で撮影された画像データが格納されたメモリカード等の画像データ記憶メディアＭから画像データを読み取るメディアドライバ３２や、コントローラ３３としての汎用コンピュータ等を備え、入力された元画像としての写真画像に対するプリントオーダ情報を設定入力するとともに、各種の画像補正処理を行なう操作ステーション３を備えて構成され、前記操作ステーション３で元画像から編集処理されたプリントデータが前記写真プリンタ２に出力されて所望の写真プリントが生成される。

前記写真プリンタ２は、図２及び図３に示すように、ロール状の印画紙Ｐを収容した二系統の印画紙マガジン２１と、前記印画紙マガジン２１から引き出された印画紙Ｐを所定のプリントサイズに切断するシートカッター２２と、切断後の印画紙Ｐの背面にコマ番号等のプリント情報を印字するバックプリント部２３と、前記プリントデータに基づいて印画紙Ｐを露光する露光部２４と、露光後の印画紙Ｐを現像、漂白、定着するための各処理液が充填された複数の処理槽２５ａ、２５ｂ、２５ｃを備えた現像処理部２５が印画紙Ｐの搬送経路に沿って配置され、現像処理後に乾燥処理された印画紙Ｐが排出される横送りコンベア２６と、横送りコンベア２６に集積された複数枚の印画紙（写真プリント）Ｐがオーダー単位で仕分けられるソータ２７を備えて構成される。

前記露光部２４には、搬送機構２８によって副走査方向に搬送される印画紙Ｐに対して、搬送方向に直交する主走査方向に前記プリントデータに基づき変調されたＲＧＢ三色のレーザ光線束を出力して露光する露光ヘッド２４ａが収容されている。

前記搬送経路に沿って配置された前記露光部２４や現像処理部２５に応じたプロセス速度で印画紙Ｐを搬送する複数のローラ対でなる搬送機構２８が配置され、前記露光部２４の前後には印画紙Ｐを複列に搬送可能なチャッカー式搬送機構２８ａが設けられている。

前記操作ステーション３に設けられたコントローラ３３には、汎用のオペレーティングシステムの管理下で動作し、前記写真処理装置１の各種制御が実行されるアプリケーションプログラムがインストールされ、オペレータとの操作インターフェースとしてモニタ３４、キーボード３５、マウス３６等が接続されている。

前記コントローラ３３のハードウェア及びソフトウェアの協働により実行される写真処理プロセスを機能ブロックで説明すると、図４に示すように、前記フィルムスキャナ３１やメディアドライバ３２によって読み取られた写真画像データを受け取り、所定の前処理を行なって後述のメモリ４１に転送する画像入力部４０と、前記モニタ３４の画面にプリントオーダ情報や画像編集情報を表示するとともに、それらに対して必要なデータ入力のための操作用アイコンを表示するグラフィック操作画面を生成し、或いは表示されたグラフィック操作画面に対する前記キーボード３５やマウス３６からの入力操作に基づいて各種の制御コマンドを生成するグラフィックユーザーインターフェース部４２と、前記画像入力部４０から転送される写真画像データ及び後述の画像処理部４７による補正処理後の写真画像データやそのときの補正パラメータ、更には設定されたプリントオーダ情報等が所定領域に区画されて格納されるメモリ４１と、プリントオーダ情報を生成するオーダー処理部４３と、前記メモリ４１に格納された各写真画像データに対して濃度補正やコントラスト補正等の階調補正を行なう画像処理部４７と、前記グラフィックユーザーインターフェース部４２からの表示コマンドに基づいて前記メモリ４１に展開された画像データや各種の入出力用グラフィックデータ等を前記モニタ３４に表示処理するビデオＲＡＭ等を備えた表示制御部４６と、各種の補正処理が終了した最終の補正画像を前記写真プリンタ２に出力するためのプリントデータを生成するプリントデータ生成部４４と、顧客のオーダーに応じて最終の補正画像をＣＤ−Ｒ等の記憶媒体に書き込むためのファイル形式に変換するフォーマッタ部４５等で構成される。

前記フィルムスキャナ３１は、フィルムＦに記録された画像を低解像度ではあるものの高速で読み取るプレスキャンモードと、低速ではあるものの高解像度で読み取る本スキャンモードの二モードで作動するように構成され、プレスキャンモードで読み込まれた低解像度の画像に対してプレジャッジモード（後述のプレジャッジ処理で詳述する。）で各種の補正処理が行なわれ、その際に前記メモリ４１に記憶された補正パラメータに基づいて本スキャンモードで読み込まれた高解像度の画像に対する最終の補正処理が実行されて前記プリンタ２に出力される。

同様に、前記メディアドライバ３２から読み込まれた画像ファイルには高解像度の撮影画像とそのサムネイル画像が含まれ、サムネイル画像に対して後述の各種の補正処理が行なわれ、その際に前記メモリ４１に記憶された補正パラメータに基づいて高解像度の撮影画像に対する最終の補正処理が実行される。尚、画像ファイルにサムネイル画像が含まれないときには、前記画像入力部４０で高解像度の撮影画像からサムネイル画像が生成されて前記メモリ４１に転送される。このように、低解像度の画像に対して頻繁に試行錯誤される各種の編集処理が実行されることによりコントローラ３３の演算負荷が低減されるように構成されている。

前記画像処理部４７は、図１に示すように、所定の算出手法に基づいた拡張率で階調幅を拡張する基準階調補正曲線を設定する基準階調補正曲線設定手段１０と、前記原画像データ特性に基づいた拡張率で階調幅を拡張する階調評価曲線を設定する階調評価曲線設定手段１１と、前記基準階調補正曲線に前記階調評価曲線を融合した実行階調補正曲線を当該階調評価曲線に基づいて生成する実行階調補正曲線生成手段１２と、前記実行階調補正曲線に基づいて前記原画像データの階調補正を実施する階調補正手段１３とを備えて構成されている。

尚、前記画像処理部４７に、さらに、撮影レンズに起因する歪を補正する歪補正部、画像のエッジを強調しノイズを低減する鮮鋭化処理部、写真プリントのサイズに適した画像サイズに変換する拡縮処理部等を備える構成としてもよい。

前記基準階調補正曲線設定手段１０は、予め基準階調補正関数としての濃度補正関数とコントラスト補正関数とが記憶され、前記基準階調補正関数としての濃度補正関数とコントラスト補正関数に、前記原画像データに基づいて導出される第一パラメータを設定することで基準階調補正曲線を設定するように構成されている。

前記濃度補正関数は、例えば、〔数１〕に示すものであり、前記原画像データにおける各画素データが入力階調値Ｎｉｎ（ｉ）として入力された場合に、前記入力階調値Ｎｉｎ（ｉ）を濃度補正値Ｇａｍｍａに応じた出力階調値Ｎｏｕｔ（ｉ）に階調変換することで、前記原画像データの明るさを補正する関数である。

ここで、前記定数Ｌは、明るさ補正後における画像データの階調設定幅であり、例えば、出力画像データを８ビットデータで設定しようとするときには、２５５とすれば、前記出力階調値Ｎｏｕｔ（ｉ）は０から２５５までの値として出力される。

また、図７に示すように、前記定数Ｍａｘｇは、前記原画像データが有する最も明るい画素の階調値であり、前記定数Ｍｉｎｇは、前記原画像データが有する最も暗い画素の階調値である。前記Ｃｍは、明るさ補正後における画像データを任意に階調補正するための値で、通常は０に設定される。そして、ｉは画素番号を示す。尚、Ｎｏｕｔ（ｉ）が０よりも小さくなるときには０に、Ｎｏｕｔ（ｉ）が前記定数Ｌよりも大きくなるときには前記定数Ｌに丸め処理が行なわれる。

つまり、前記濃度補正関数は、図５に示すように、前記濃度補正値Ｇａｍｍａが１より大きな値に設定されたときには、前記原画像データが明るくなるように補正処理し、また、前記濃度補正値Ｇａｍｍａが１より小さな値に設定されたときには、前記原画像データが暗くなるように補正処理する関数となっている。

また、前記濃度補正関数は、前記原画像データが有する階調幅を、つまり、前記原画像データが有する最も暗い画素の階調値Ｍｉｎｇから最も明るい画素の階調値Ｍａｘｇまでを、拡張率Ｗａ＝Ｌ／（Ｍａｘｇ−Ｍｉｎｇ）で拡張することにより、新たな階調幅を０階調からＬ階調に再設定する関数となっている。

前記コントラスト補正関数は、所定の階調閾値Ｎｔｈよりも明るい入力階調値に対して適用される第一コントラスト補正関数と、前記所定の階調閾値Ｎｔｈよりも暗い入力階調値に対して適用される第二コントラスト補正関数とが記憶されている。尚、詳細は後述するが、前記コントラスト補正関数は、前記濃度補正関数からの出力階調値Ｎｏｕｔ（ｉ）を、新たな入力階調値Ｎｉｎ（Ｎｏｕｔ（ｉ））として入力し、最終的な出力階調値Ｃｏｕｔ（Ｎｏｕｔ（ｉ））を出力するための関数である。

前記第一コントラスト補正関数は、例えば、〔数２〕に示すものであり、前記階調閾値Ｎｔｈよりも明るい画素の画素データが入力階調値Ｎｉｎ（ｉ）として入力された場合に、前記入力階調値Ｎｉｎ（ｉ）を第一コントラスト補正値Ｃｒ１に応じた出力階調値Ｃｏｕｔ（ｉ）に階調変換することで、前記階調閾値Ｎｔｈよりも明るい画素からなる画像領域のコントラストを補正する関数である。

前記第二コントラスト補正関数は、例えば、〔数３〕に示すものであり、前記階調閾値Ｎｔｈよりも暗い画素の画素データが入力階調値Ｎｉｎ（ｉ）として入力された場合に、前記入力階調値Ｎｉｎ（ｉ）を第二コントラスト補正値Ｃｒ２に応じた出力階調値Ｃｏｕｔ（ｉ）に階調変換することで、前記階調閾値Ｎｔｈよりも暗い画素からなる画像領域のコントラストを補正する関数である。

尚、前記第一コントラスト補正関数と前記第二コントラスト補正関数は、共にＣｏｕｔ（ｉ）が０よりも小さくなるときには０に、Ｃｏｕｔ（ｉ）が前記定数Ｌよりも大きくなるときには定数Ｌに丸め処理が行なわれるように構成されている。

つまり、前記第一コントラスト補正関数は、図６（ａ）に示すように、前記第一コントラスト補正値Ｃｒ１が大きいときほど、前記階調閾値Ｎｔｈよりも明るい画素からなるハイライト領域の画像のコントラストを高く補正する関数となっている。

また、前記第二コントラスト補正関数は、図６（ｂ）に示すように、前記第二コントラスト補正値Ｃｒ２が負に大きいときほど、前記階調閾値Ｎｔｈよりも暗い画素からなるシャドー領域の画像のコントラストを高く補正する関数となっている。

前記所定の階調閾値Ｎｔｈは、前記原画像データを前記階調閾値Ｎｔｈよりも明るいハイライト領域と、前記階調閾値Ｎｔｈよりも暗いシャドー領域とに領域分離し、前記ハイライト領域と前記シャドー領域とで、上述したように、異なるコントラスト補正が可能なように設定されるものであり、適宜、予め設定しておくことも可能であるが、例えば、前記原画像データから階調ヒストグラムを生成し、前記階調ヒストグラムに基づいて設定される構成としてもよい。このとき、前記生成された階調ヒストグラムにおいて最大度数となっている階調値を前記階調閾値Ｎｔｈとしてもよいし、前記原画像データにおける平均階調値を前記所定の階調閾値Ｎｔｈとしてもよい。何れにしても、前記ハイライト領域と前記シャドー領域とが、前記原画像データの凡そ平均的な階調値で領域分離される階調閾値Ｎｔｈとなることが好ましい。また、前記濃度補正関数により階調補正される画像データから階調ヒストグラムを生成し、前記階調補正後の階調ヒストグラムに基づいて設定することも可能である。

ここで、前記第一パラメータとしての前記濃度補正値Ｇａｍｍａ、前記第一コントラスト補正値Ｃｒ１、及び、前記第二コントラスト補正値Ｃｒ２の導出について説明する。

前記濃度補正値Ｇａｍｍａは、前記図７に示すような、前記原画像データが有する最も明るい画素の階調値Ｍａｘｇと、前記原画像データが有する最も暗い画素の階調値Ｍｉｎｇと、前記原画像データの平均濃度となる階調値Ｍａｓｓに基づいて、例えば、〔数４〕から導出することができる。

尚、前記定数Ｍａｘｋは、前記原画像データにおける、つまり、明るさ補正前の画像データにおける階調設定値の最大の値であり、例えば、８ビットで０階調から２５５階調までの間で階調設定が行なわれていたときには、２５５とする。前記定数Ｍｉｎｋは、前記明るさ補正前の画像データにおける階調設定値の最小の値であり、例えば、８ビットで０階調から２５５階調までの間で階調設定が行なわれていたときには、０とする。

前記第一コントラスト補正値Ｃｒ１は、これまでの官能試験等により経験的に得られたものの一つである〔数５〕または図８（ａ）に示すような、予め記憶されている第一コントラスト補正値導出関数から前記導出された濃度補正値Ｇａｍｍａに基づいて導出することができる。

また、前記第二コントラスト補正値Ｃｒ２は、これまでの官能試験等により経験的に得られたものの一つである〔数６〕または図８（ｂ）に示すような、予め記憶されている第二コントラスト補正値算出関数から前記導出された濃度補正値Ｇａｍｍａに基づいて導出することができる。

つまり、前記基準階調補正曲線設定手段１０は、前記基準階調補正関数としての前記〔数１〕に示すような濃度補正関数と、前記〔数２〕及び前記〔数３〕に示すようなコントラスト補正関数に、前記導出された第一パラメータとしての濃度補正値Ｇａｍｍａ、第一コントラスト補正値Ｃｒ１、及び、第二コントラスト補正値Ｃｒ２をそれぞれ設定することで、図９に示すような、前記入力階調値Ｎｉｎ（ｉ）と、前記入力階調値Ｎｉｎ（ｉ）が前記濃度補正関数と前記コントラスト補正関数とを介して出力された出力階調値Ｃｏｕｔ（Ｎｏｕｔ（ｉ））との関係テーブルである基準階調補正曲線を設定するように構成されている。

また、このように設定された前記基準階調補正曲線は、原画像データにおける階調ヒストグラムが特定の階調に偏っていない、一般的な画像データに対して満足のできる階調補正を施す階調変換テーブルとすることができる。

前記階調評価関数設定部１１は、例えば、〔数７〕に示すような階調評価関数が予め記憶され、前記階調評価関数に、前記原画像データに基づいて導出される第二パラメータを設定することで階調評価曲線を設定するように構成されている。

前記階調評価関数は、前記原画像データにおける各画素データが入力階調値Ｎｉｎ（ｉ）として入力された場合に、前記入力階調値Ｎｉｎ（ｉ）を濃度補正値Ｓｌｏｐｅに応じた出力階調値Ｈｏｕｔ（ｉ）に階調変換することで、前記原画像データの明るさを補正する関数である。

ここで、前記定数Ｍａｘｒは、図１０（ａ）に示すように、前記原画像データにおける階調ヒストグラムにおいて、所定の度数閾値Ｄｔｈ（明るい部分と暗い部分で閾値を異ならせてもよい）に対応する幾つかの階調値のうち最も明るい階調値であり、前記定数Ｍｉｎｒは、同じく図１０（ａ）に示すように、前記所定の度数閾値Ｄｔｈに対応する幾つかの階調値のうち、最も暗い階調値である。

つまり、前記階調評価関数は、図１１（ａ）に示すように、前記濃度補正値Ｓｌｏｐｅが１より大きな値に設定されたときには、前記原画像データが明るくなるように補正処理し、また、前記濃度補正値Ｓｌｏｐｅが１より小さな値に設定されたときには、前記原画像データが暗くなるように補正処理する関数となっている。

また、前記階調評価関数は、前記原画像データにおける前記Ｍｉｎｒ階調からＭａｘｒ階調を、原画像データ特性に基づいた拡張率Ｗｂ＝Ｌ／（Ｍａｘｒ−Ｍｉｎｒ）で拡張することにより、新たな階調幅を０階調からＬ階調に再設定する関数となっている。

尚、前記濃度補正値Ｓｌｏｐｅには、前記階調評価関数における拡張率Ｗｂを設定することが好ましい。

つまり、前記階調評価関数設定部１１は、前記階調評価関数に、前記原画像データに基づいて導出される第二パラメータとしての前記定数Ｍａｘｒ、前記定数Ｍｉｎｒ、及び、前記濃度補正値Ｓｌｏｐｅを設定することにより、前記図１１（ａ）に示したような、前記入力階調値Ｎｉｎ（ｉ）と、前記入力階調値Ｎｉｎ（ｉ）が前記階調評価関数を介して出力された出力階調値Ｈｏｕｔ（ｉ）との関係テーブルである階調評価曲線を設定するように構成されている。

ここで、例えば、空や雪山の面積が大きいシーンにおける画像データの階調ヒストグラムは、図１０（ｂ）に示すように、特定の階調範囲にデータが集中することで前記階調値Ｍａｘｒと前記階調値Ｍｉｎｒとの階調差が小さくなる特徴がある。このようなときには、図１１（ｂ）に示すように、前記階調評価曲線における前記拡張率Ｗｂとしての傾斜度（ＷｂがＬ／（Ｍａｘｒ−Ｍｉｎｒ）で示されるため、傾斜度という言葉を使用）を大きくすることができる。

このため、前記図１１（ａ）や前記図１１（ｂ）に示したような前記階調評価曲線により、前記原画像データにおける階調ヒストグラムの偏り度、つまり、前記原画像データにおける画素データの偏り度を示すことが可能となる。

前記実行階調補正曲線生成手段１２は、前記基準階調補正曲線に前記階調評価曲線を融合した実行階調補正曲線を当該階調評価曲線に基づいて生成するように構成されている。

具体的には、前記実行階調補正曲線生成手段１２は、前記基準階調補正曲線Ｌｒと前記階調評価曲線Ｌｅとを比較し、図１２に示すように、前記基準階調補正曲線Ｌｒと前記階調評価曲線Ｌｅとが交差しないときに、前記基準階調補正曲線を実行階調補正曲線として生成するように構成されている。

つまり、前記原画像データが、特定の階調範囲に集中していない一般的な画像データであった場合には、前記階調評価曲線Ｌｅの傾斜度Ｗｂは緩やかであるため、前記基準階調補正曲線Ｌｒと前記階調評価曲線Ｌｅとは交差しない。このようなときには、一般的な画像データに対応した階調補正が実施されることが望ましいため、一般的な画像データに対して満足のできる階調補正を施すことができる前記基準階調補正曲線Ｌｒを実行階調補正曲線として生成するように構成されている。

また、図１３に示すように、前記基準階調補正曲線Ｌｒと前記階調評価曲線Ｌｅとが交差するときには、前記基準階調補正曲線Ｌｒと前記階調評価曲線Ｌｅとを融合した実行階調補正曲線を生成するように構成されている。

つまり、前記原画像データが、空や雪山の面積が大きいシーンにおける画像のように、特定の階調範囲にデータが集中している画像であった場合には、前記階調評価曲線Ｌｅの傾斜度Ｗｂは急峻となるにもかかわらず、前記基準階調補正曲線Ｌｒの拡張率Ｗａとしての傾斜度Ｗａは一定なままのため、前記階調評価曲線Ｌｅは、前記基準階調補正曲線Ｌｒと交差するとともに、前記交差する点よりも明るい入力階調値領域で、前記基準階調補正曲線よりも明るい出力階調値となる。このようなときには、所定の画素データからなる画像領域のコントラストをより高く階調補正可能な実行階調補正曲線を生成するように構成されている。

詳述すると、前記実行階調補正曲線は、図１３に示すように、前記基準階調補正曲線Ｌｒにおける所定の位置Ｐｓに対応する基準入力階調値Ｔａよりも暗い入力階調値領域Ｅｄでは前記基準階調補正曲線Ｌｒと等しい曲線となるように生成され、また、前記基準入力階調値Ｔａよりも明るい入力階調値領域Ｅｂでは前記基準階調補正曲線Ｌｒよりも明るい出力階調値特性となる融合曲線Ｌｙとして生成されるように構成されている。前記所定の位置Ｐｓは、前記階調評価曲線Ｌｅの終端位置Ｐａを通過する前記基準階調補正曲線Ｌｒの特定接線Ｌｓと前記基準階調補正曲線Ｌｒとが接する点であり、また、前記終端位置Ｐａは、前記出力階調値Ｈｏｕｔ（ｉ）が最大階調設定値となる、つまり、２５５階調となる入力階調値領域の最小入力階調値における前記階調評価曲線Ｌｅ上の点である。つまり、前記実行階調補正曲線は、前記基準階調補正曲線に前記階調評価曲線を融合した曲線として生成される。

ここで、前記融合曲線Ｌｙは、前記特定接線Ｌｓと前記基準階調補正曲線Ｌｒとの中間位置を通過する平均曲線Ｌｙとして生成されることが好ましい。前記基準入力階調値Ｔａを境として前記実行階調補正曲線の連続性を損なうことなく、前記基準入力階調値Ｔａよりも明るい入力階調値領域Ｅｂで前記基準階調補正曲線Ｌｒよりも明るい出力階調値特性となる融合曲線Ｌｙを生成することができる。つまり、階調補正された画像の滑らかさを損なうことなく、前記基準入力階調値よりも明るい階調値となっている画像領域のコントラストを一層高くするように階調補正する階調変換テーブルとすることができる。

つまり、前記実行階調補正曲線生成手段１２は、前記階調評価曲線Ｌｅを前記原画像データにおける階調ヒストグラムの偏り度を示す指標として、前記基準階調補正曲線Ｌｒと比較し、前記原画像データに応じた階調変換テーブルとしての実行階調補正曲線を生成するように構成されている。

前記階調補正手段１３は、前記原画像データの階調補正を前記実行階調補正曲線生成手段１２により生成された前記階調変換テーブルとしての実行階調補正曲線に基づいて実施するもので、前記原画像データにおける各画素データを入力階調値として、順次前記実行階調補正曲線に基づいて変換し、新たな画素データを生成することで前記原画像データの階調補正を行なうように構成されている。

以下、前記画像処理部４７の動作について図１４のフローチャートに基づいて説明する。前記メモリ４１に原画像データが入力されると（ＳＡ１）、前記基準階調補正曲線設定手段１０は、前記原画像データにおける階調ヒストグラムを生成し（ＳＡ２）、前記〔数４〕、前記〔数５〕及び前記〔数６〕に基づいて前記第一パラメータとしての前記濃度補正値Ｇａｍｍａ、前記第一コントラスト補正値Ｃｒ１、及び、前記第二コントラスト補正値Ｃｒ２をそれぞれ導出し（ＳＡ３）、前記基準階調補正関数としての前記〔数１〕に示すような濃度補正関数と、前記〔数２〕及び前記〔数３〕に示すようなコントラスト補正関数に、前記導出された第一パラメータとしての濃度補正値Ｇａｍｍａ、第一コントラスト補正値Ｃｒ１、及び、第二コントラスト補正値Ｃｒ２をそれぞれ設定することで、前記基準階調補正曲線Ｌｒを設定する（ＳＡ４）。

一方、前記階調評価曲線設定手段１１は、前記原画像データにおける階調ヒストグラムから、前記所定の度数閾値Ｄｔｈに対応する幾つかの階調値のうち最も明るい階調値Ｍａｘｒと、前記所定の度数閾値Ｄｔｈに対応する幾つかの階調値のうち、最も暗い階調値Ｍｉｎｒとを導出するとともに、前記濃度補正値ＳｌｏｐｅをＳｌｏｐｅ＝Ｌ／（Ｍａｘｒ−Ｍｉｎｒ）に従って導出し（ＳＡ５）、前記〔数７〕に、前記第二パラメータとしての前記階調値Ｍａｘｒ、前記階調値Ｍｉｎｒ、及び、前記濃度補正値Ｓｌｏｐｅを設定することで、前記階調評価曲線Ｌｅを設定する（ＳＡ６）。

そして、前記実行階調補正曲線生成手段１２は、前記基準階調補正曲線設定手段１０により設定された前記基準階調補正曲線Ｌｒと、前記階調評価曲線設定手段１１により設定された前記階調評価曲線Ｌｅとに基づいて実行階調補正曲線を生成する。

つまり、前記基準階調補正曲線Ｌｒと前記階調評価曲線Ｌｅとを比較し、前記基準階調補正曲線Ｌｒと前記階調評価曲線Ｌｅとが交差しないときに（ＳＡ７）、前記基準階調補正曲線Ｌｒを実行階調補正曲線として生成する（ＳＡ８）。

また、前記基準階調補正曲線Ｌｒと前記階調評価曲線Ｌｅとが交差するときには（ＳＡ７）、前記階調評価曲線Ｌｅ上の終端位置Ｐａを導出し（ＳＡ９）、前記終端位置Ｐａを通過する前記基準階調補正曲線Ｌｒの接線を特定接線Ｌｓとして導出するとともに（ＳＡ１０）、前記特定接線Ｌｓが前記基準階調補正曲線Ｌｒと接する接点位置Ｐｓを導出する（ＳＡ１１）。

更に、前記特性接線Ｌｓと前記基準階調補正曲線Ｌｒとの中間を通過する平均曲線Ｌｙとしての融合曲線Ｌｙを導出する（ＳＡ１２）。

そして、前記接点位置Ｐｓに対応する基準入力階調値よりも暗い入力階調値領域Ｅｄで、前記基準階調補正曲線Ｌｒと等しい曲線となるように、また、前記接点位置Ｐｓに対応する基準入力階調値よりも明るい入力階調値領域Ｅｂでは、前記融合曲線Ｌｙとなるように、階調変換テーブルとしての前記実行階調補正曲線を生成する（ＳＡ１３）。

前記階調補正手段１３は、前記原画像データにおける各画素データを入力階調値として、順次前記実行階調補正曲線に基づいて変換し、新たな画素データを生成することで前記原画像データの階調補正を行なう（ＳＡ１４）。

以上の手順により階調補正を施した例について説明する。階調ヒストグラムが、つまり、画素データが明るい階調側に極端に偏っている原画像の例を図１５（ａ）に示し、従来技術により階調補正を施した画像を図１５（ｂ）に示し、本発明による階調補正を施した画像を図１５（ｃ）に示す。従来技術により階調補正を施した画像に比べ、本発明による階調補正を施した画像では、背景と人物との間のコントラストを高くしつつも、人物の顔を更にはっきりと表現できるようになっていることが分かる。

以下、別の実施形態について説明する。上述の実施形態では、前記〔数１〕におけるＭａｘｇを前記原画像データが有する最も明るい画素の階調値とし、前記〔数１〕におけるＭｉｎｇを前記原画像データが有する最も暗い画素の階調値として設定した場合について説明したが、これに限定するものではなく、前記Ｍａｘｇは、前記原画像データが有する最も明るい画素の階調値から前記原画像データにおける階調設定値の最大の値、つまり、前記Ｍａｘｋまで値を適宜設定することができ、また、前記Ｍｉｎｇは、前記原画像データが有する最も暗い画素の階調値から前記原画像データにおける階調設定値の最小の値、つまり、前記Ｍａｘｋまで値を適宜設定することができる。

上述の実施形態では、前記濃度補正値Ｇａｍｍａが前記〔数４〕に基づいて設定される構成について説明したが、前記濃度補正値Ｇａｍｍａは、オペレータにより適宜設定可能な構成としてもよい。

上述の実施形態では、前記基準階調補正曲線Ｌｒが前記基準階調補正関数としての前記濃度補正関数と前記コントラスト補正関数とに基づいて設定される場合について説明したが、これに限定するものではなく、例えば、前記濃度補正関数にのみ基づいて設定される構成としてもよいし、前記コントラスト補正関数にのみ基づいて設定される構成としてもよい。何れにしても、前記基準階調補正曲線Ｌｒが所定の算出手法に基づいた拡張率で階調幅を拡張する曲線であればよい。

上述の実施形態では、前記融合曲線Ｌｙが前記特定接線Ｌｓと前記基準階調補正曲線Ｌｒとの中間位置を通過する平均曲線として生成される場合について説明したが、これに限定するものではなく、適宜、前記特定接線Ｌｓと前記基準階調補正曲線Ｌｒとの間における一定比率の位置を通過する曲線として設定することができる。何れにしても、前記実行階調補正曲線が、前記基準入力階調値Ｔａを境として連続性を損なうことなく、前記基準入力階調値Ｔａよりも明るい入力階調値領域Ｅｂで前記基準階調補正曲線Ｌｒよりも明るい出力階調値特性となればよい。

上述の実施形態では、前記融合曲線Ｌｙが特定接線Ｌｓと前記基準階調補正曲線Ｌｒとに基づいて生成される場合について説明したが、これに限定するものではなく、適宜、前記階調評価曲線Ｌｅに基づいて前記基準階調補正曲線Ｌｒに前記階調評価曲線Ｌｅを融合して生成することができる。何れにしても、前記実行階調補正曲線が連続性を損なうことなく、少なくとも、前記基準階調補正曲線Ｌｒと前記階調評価曲線Ｌｅとの交点よりも明るい入力階調領域で前記基準階調補正曲線Ｌｒよりも明るい出力階調値特性となればよい。

尚、上述した実施形態は、本発明の一例に過ぎず、本発明の作用効果を奏する範囲において各ブロックの具体的構成等を適宜変更設計できることは言うまでもない。

画像処理部における機能ブロック構成の説明図 写真画像処理装置の外観構成の説明図 写真プリンタの説明図 写真画像処理装置の機能ブロック構成の説明図 濃度補正関数における階調変換特性の説明図 （ａ）は第一コントラスト補正関数における階調変換特性の説明図、（ｂ）は第二コントラスト補正関数における階調変換特性の説明図 濃度補正値の算出にかかる階調ヒストグラムの説明図 （ａ）は濃度補正値から第一コントラスト補正値を算出する関数の説明図、（ｂ）は濃度補正値から第二コントラスト補正値を算出する関数の説明図 階調変換テーブルとしての基準階調補正曲線の説明図 階調ヒストグラムの説明図であり、（ａ）は一般的な画像データにおける階調ヒストグラムの例、（ｂ）は特定の階調範囲にデータが集中している画像データにおける階調ヒストグラムの例 階調評価曲線の説明図であり、（ａ）は一般的な画像データに基づいた階調評価曲線の例、（ｂ）は特定の階調範囲にデータが集中している画像データに基づいた階調評価曲線の例 一般的な画像データにおける基準階調補正曲線と階調評価曲線との関係の説明図 特定の階調範囲にデータが集中している画像データにおける基準階調補正曲線と階調評価曲線との関係の説明図、及び、融合曲線の生成についての説明図 画像処理部の動作について説明するためのフローチャート 階調補正のサンプル画像であり、（ａ）は原画像、（ｂ）は従来技術により階調補正を施した例、（ｃ）は本発明により階調補正を施した例

１：写真画像処理装置
１０：基準階調補正曲線設定手段
１１：階調評価曲線設定手段
１２：実行階調補正曲線生成手段
１３：階調補正手段
４７：画像処理部

Claims (5)

1. 原画像データを階調補正する画像処理装置であって、
   所定の濃度補正値を指数とする指数関数に基づいて、原画像データの階調幅を所定の階調幅に拡張する基準階調補正曲線を設定する基準階調補正曲線設定手段と、
   前記原画像データの階調ヒストグラムが所定度数閾値より大きい階調領域の階調幅を前記所定の階調幅に拡張する拡張率を指数とする指数関数に基づいて、当該所定度数閾値より大きい階調領域の階調幅を前記所定の階調幅に拡張する階調評価曲線を設定する階調評価曲線設定手段と、
   前記階調評価曲線と前記基準階調補正曲線とが交差するときに、前記階調評価曲線のハイライト側終端位置を通過して前記基準階調補正曲線に接する特定接線と前記基準階調補正曲線とが接する基準入力階調値よりも明るい入力階調値領域で前記基準階調補正曲線よりも明るい出力階調値特性となるように前記特定接線と前記基準階調補正曲線との間を一定比率の位置で通過する融合曲線となる実行階調補正曲線を生成する実行階調補正曲線生成手段と、
   前記実行階調補正曲線に基づいて前記原画像データを階調補正する階調補正手段とを備えている画像処理装置。
2. 前記実行階調補正曲線生成手段は、前記基準入力階調値よりも明るい入力階調値領域で前記基準階調補正曲線よりも明るい出力階調値特性となるように前記特定接線と前記基準階調補正曲線との平均曲線となる実行階調補正曲線を生成する請求項１記載の画像処理装置。
3. 前記実行階調補正曲線生成手段は、前記階調評価曲線と前記基準階調補正曲線とが交差するときに、前記基準入力階調値よりも暗い入力階調値領域で前記基準階調補正曲線と等しい曲線となるように前記実行階調補正曲線を生成し、前記階調評価曲線と前記基準階調補正曲線とが交差しないときに、前記基準階調補正曲線を前記実行階調補正曲線として生成する請求項１または２記載の画像処理装置。
4. 前記基準階調補正曲線設定手段は、前記所定の濃度補正値を指数とする指数関数に基づいて、原画像データの階調幅を所定の階調幅に拡張するとともに、前記原画像データを所定の階調閾値でハイライト領域とシャドウ領域に領域分離し、前記濃度補正値を変数とし、前記濃度補正値の設定範囲で最大値を有する上に凸なる所定の二次関数に基づいて算出した第一のコントラスト補正値によりハイライト領域のコントラストを補正し、前記濃度補正値を変数とし、前記濃度補正値の設定範囲で最小値を有する下に凸なる所定の二次関数に基づいて算出した第二のコントラスト補正値によりシャドウ領域のコントラストを補正する基準階調補正曲線を設定する請求項１から３の何れかに記載の画像処理装置。
5. 原画像データを階調補正する画像処理方法であって、
   所定の濃度補正値を指数とする指数関数に基づいて、原画像データの階調幅を所定の階調幅に拡張する基準階調補正曲線を設定する基準階調補正曲線設定ステップと、
   前記原画像データの階調ヒストグラムが所定度数閾値より大きい階調領域の階調幅を前記所定の階調幅に拡張する拡張率を指数とする指数関数に基づいて、当該所定度数閾値より大きい階調領域の階調幅を前記所定の階調幅に拡張する階調評価曲線を設定する階調評価曲線設定ステップと、
   前記階調評価曲線と前記基準階調補正曲線とが交差するときに、前記階調評価曲線のハイライト側終端位置を通過して前記基準階調補正曲線に接する特定接線と前記基準階調補正曲線とが接する基準入力階調値よりも明るい入力階調値領域で前記基準階調補正曲線よりも明るい出力階調値特性となるように前記特定接線と前記基準階調補正曲線との間を一定比率の位置で通過する融合曲線となる実行階調補正曲線を生成する実行階調補正曲線生成ステップと、
   前記実行階調補正曲線に基づいて前記原画像データを階調補正する階調補正ステップとを備えている画像処理方法。